JPH02301556A - レーザ蒸着装置 - Google Patents
レーザ蒸着装置Info
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- JPH02301556A JPH02301556A JP12200489A JP12200489A JPH02301556A JP H02301556 A JPH02301556 A JP H02301556A JP 12200489 A JP12200489 A JP 12200489A JP 12200489 A JP12200489 A JP 12200489A JP H02301556 A JPH02301556 A JP H02301556A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はレーザを用いてセラミックス等を基板等に蒸
着するレーザ蒸着装置に関するものである。
着するレーザ蒸着装置に関するものである。
第７図は例えば特開昭５９−１１６３７３号公報に記載
された従来のレーザ蒸着装置を示す概略構成図である。
された従来のレーザ蒸着装置を示す概略構成図である。
同図において、ｌはレーザ発振器（図示せず）から放射
されるレーザ光、４０はこのレーザ光１の光路を変換す
るための平面鏡、３はレーザ光ｌを集光するための集光
レンズ、５は真空チャンバ、４は真空チャンバ５に前記
レーザ光１を導入するための透過窓、４１は前記真空チ
ャンバ５内でレーザ光１の光路を変換するための平面鏡
、７はリング状に形成された被照射試料、８は薄膜を形
成するための基板、４２は蒸着時間を調整するためのシ
ャッタ、４３は前記被照射試料７を加熱するためのヒー
タである。
されるレーザ光、４０はこのレーザ光１の光路を変換す
るための平面鏡、３はレーザ光ｌを集光するための集光
レンズ、５は真空チャンバ、４は真空チャンバ５に前記
レーザ光１を導入するための透過窓、４１は前記真空チ
ャンバ５内でレーザ光１の光路を変換するための平面鏡
、７はリング状に形成された被照射試料、８は薄膜を形
成するための基板、４２は蒸着時間を調整するためのシ
ャッタ、４３は前記被照射試料７を加熱するためのヒー
タである。
次に動作について説明する。レーザ発振器から放射され
るレーザ光１は平面鏡４０により光路を変換され、集光
レンズ３を透過した後、透過窓４を通して真空チャンバ
５内に導入され、平面鏡４１により再び光路変換された
後に、リング状に形成された被照射試料７表面に集光照
射される。この時、集光レンズ３は被照射試料７表面で
焦点が結ばれるように配置されている。
るレーザ光１は平面鏡４０により光路を変換され、集光
レンズ３を透過した後、透過窓４を通して真空チャンバ
５内に導入され、平面鏡４１により再び光路変換された
後に、リング状に形成された被照射試料７表面に集光照
射される。この時、集光レンズ３は被照射試料７表面で
焦点が結ばれるように配置されている。
また、被照射試料７はリング中心軸の回りを任意速度で
回転し、さらに、リング中心軸方向に被照射試料７の長
さだけ揺動運動が可能なため、被照射試料７全体を均一
加熱でき、一様に蒸発させることができる。
回転し、さらに、リング中心軸方向に被照射試料７の長
さだけ揺動運動が可能なため、被照射試料７全体を均一
加熱でき、一様に蒸発させることができる。
レーザ光１の照射により、被照射試料７から蒸発粒子が
放出され、被照射試料７の対向部に配置された基板８上
に堆積する。基板８の全面に可動ジャシタ４２を設けて
おけば、蒸着時間を任意に調整できる。また、被照射試
料７が熱割れを生じやすい材質のものであれば、余熱ヒ
ータ４３により被照射試料７の外周を余熱することによ
り、被照射試料７の破損を防止することができる。
放出され、被照射試料７の対向部に配置された基板８上
に堆積する。基板８の全面に可動ジャシタ４２を設けて
おけば、蒸着時間を任意に調整できる。また、被照射試
料７が熱割れを生じやすい材質のものであれば、余熱ヒ
ータ４３により被照射試料７の外周を余熱することによ
り、被照射試料７の破損を防止することができる。
従来のレーザ蒸着装置は、以上のように構成されている
ので、透過窓への蒸発付着物が成膜時間とともに増大す
るため、堆積速度が経時的に太きく低下し、安定した成
膜を行うことが困難であった。
ので、透過窓への蒸発付着物が成膜時間とともに増大す
るため、堆積速度が経時的に太きく低下し、安定した成
膜を行うことが困難であった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、堆積速度を一定に保持し、安定した成膜を行
うことのできるレーザ蒸着装置を得ることを目的とする
。
たもので、堆積速度を一定に保持し、安定した成膜を行
うことのできるレーザ蒸着装置を得ることを目的とする
。
この発明に係るレーザ蒸着装置は、蒸着量に起因するパ
ラメータ、例えば蒸発点での発光量、蒸発速度または装
置の温度をオンラインで計測・モニタし、信号処理回路
によりその信号を処理し、蒸発量等が常時一定となるよ
うにレンズ駆動機構を介してレンズを駆動し、レーザビ
ームの焦点位置を補正、制御できる構成としたものであ
る。
ラメータ、例えば蒸発点での発光量、蒸発速度または装
置の温度をオンラインで計測・モニタし、信号処理回路
によりその信号を処理し、蒸発量等が常時一定となるよ
うにレンズ駆動機構を介してレンズを駆動し、レーザビ
ームの焦点位置を補正、制御できる構成としたものであ
る。
この発明におけるレーザ蒸着装置は、焦点位置が常に最
適制御されるため、透過窓への膜の堆積により熱レンズ
作用が起こってもその影響を補正して蒸発量を一定に保
持することができ、そのため安定した堆積速度を得るこ
とができる。
適制御されるため、透過窓への膜の堆積により熱レンズ
作用が起こってもその影響を補正して蒸発量を一定に保
持することができ、そのため安定した堆積速度を得るこ
とができる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図において、ｌはレーザ光、３は集光レンズ、４は
透過窓、５は真空チャンバ、７は被照射試料、８は基板
、９はレーザ光１が被照射試料７に集光照射された際の
被照射試料７からの発光を観測するための発光モニタ、
１０は発光モニタ９の信号を処理するための信号処理回
路、１１は信号処理回路１０からの信号により前記集光
レンズ３を駆動させるためのレンズ駆動機構である。
透過窓、５は真空チャンバ、７は被照射試料、８は基板
、９はレーザ光１が被照射試料７に集光照射された際の
被照射試料７からの発光を観測するための発光モニタ、
１０は発光モニタ９の信号を処理するための信号処理回
路、１１は信号処理回路１０からの信号により前記集光
レンズ３を駆動させるためのレンズ駆動機構である。
次に動作について説明する。レーザ発振器から伝送され
たレーザ光１、たとえばＣＯ！レーザ光（波長１０．６
μｍ）は集光レンズ３により集光されつつ、透過窓４、
たとえばセレン化亜鉛（以下Ｚｎ５ｅと記す）、塩化カ
リウム（以下ＫＣｆｆｉと記す）製の窓を通して真空チ
ャンバ５内に配置された被照射試料７、たとえば酸化シ
リコン（Ｓｉ０２、アルミナ（Ａｚｚｏ、）等のセラミ
ック試料に集光照射される。この時、被照射試料７表面
でレーザ光１の焦点が結ばれるように、集光レンズ３と
被照射試料７の距離が前もって調整されている。被照射
試料７上にレーザ光ｌが集光照射されることによって、
被照射試料７表面が加熱され、蒸発粒子が照射部の法線
方向に放出され、被照射試料７に対向して配置された基
板８上に堆積し、薄膜を形成する。一方、被照射試料７
から放出された蒸発粒子は、基板８方向ばかりでなく、
透過窓４の内面へも飛来し、付着する。この蒸発付着物
は、レーザ光１を吸収するため蒸発し、透過窓４内に温
度勾配を生じる。この温度勾配により、屈折率分布が生
じ、これによりレーザＩの光路に差ができるため、等価
的に透過窓４はレンズとしてふるまう（以下、熱レンズ
作用という）。
たレーザ光１、たとえばＣＯ！レーザ光（波長１０．６
μｍ）は集光レンズ３により集光されつつ、透過窓４、
たとえばセレン化亜鉛（以下Ｚｎ５ｅと記す）、塩化カ
リウム（以下ＫＣｆｆｉと記す）製の窓を通して真空チ
ャンバ５内に配置された被照射試料７、たとえば酸化シ
リコン（Ｓｉ０２、アルミナ（Ａｚｚｏ、）等のセラミ
ック試料に集光照射される。この時、被照射試料７表面
でレーザ光１の焦点が結ばれるように、集光レンズ３と
被照射試料７の距離が前もって調整されている。被照射
試料７上にレーザ光ｌが集光照射されることによって、
被照射試料７表面が加熱され、蒸発粒子が照射部の法線
方向に放出され、被照射試料７に対向して配置された基
板８上に堆積し、薄膜を形成する。一方、被照射試料７
から放出された蒸発粒子は、基板８方向ばかりでなく、
透過窓４の内面へも飛来し、付着する。この蒸発付着物
は、レーザ光１を吸収するため蒸発し、透過窓４内に温
度勾配を生じる。この温度勾配により、屈折率分布が生
じ、これによりレーザＩの光路に差ができるため、等価
的に透過窓４はレンズとしてふるまう（以下、熱レンズ
作用という）。
特に透過窓４がＺｎ５ｅの場合は凸レンズとなり、一方
ＫＣｆｆｉ場合は凹レンズとなる。ただしＫＣｌはＺｎ
５ｅに比べて機械的強度が弱いため若干破損しやすいも
のである。以下ではＺｎ５ｅ製窓の場合について説明す
る。
ＫＣｆｆｉ場合は凹レンズとなる。ただしＫＣｌはＺｎ
５ｅに比べて機械的強度が弱いため若干破損しやすいも
のである。以下ではＺｎ５ｅ製窓の場合について説明す
る。
第２図（ａ）は前述の熱レンズ作用を説明するための概
念図である。図において２０は透過窓４内面への蒸発付
着物であり、この蒸発付着物２０がレーザ光１を吸収す
ることにより熱レンズ作用が発生し、透過窓４は凸レン
ズ化するため焦点位置が移動する。２１は蒸発付着物２
０がない場合の初期のレーザ光路を示し、２２は熱レン
ズ作用が発生した場合のレーザ光路を示す。また２３は
被照射試料７上の蒸発点を示したものである。
念図である。図において２０は透過窓４内面への蒸発付
着物であり、この蒸発付着物２０がレーザ光１を吸収す
ることにより熱レンズ作用が発生し、透過窓４は凸レン
ズ化するため焦点位置が移動する。２１は蒸発付着物２
０がない場合の初期のレーザ光路を示し、２２は熱レン
ズ作用が発生した場合のレーザ光路を示す。また２３は
被照射試料７上の蒸発点を示したものである。
第２図（ｂ）は透過窓４内の温度分布の一例を示したも
のである。上述の熱レンズ作用によって蒸発点２３での
レーザ光１のビーム径が大きく変化しビームのエネルギ
ー密度が低下する。被照射試料７からの蒸発速度は、エ
ネルギー密度と密接な関係があり、堆積速度に大きく影
響を及ぼす。第３図の直線Ｂは蒸発点２３でのエネルギ
ー密度と蒸発速度の関係を示したものである。また、本
発明者らはエネルギー密度と蒸発点２３での発光量の間
にも密接な関係があることを見出した。第３図の直線Ａ
はこの両者の関係を示す。そこで本発明実施例では、発
光モニタ９により蒸発点２３での発光量を常時モニタし
、信号処理回路１０によりモニタ信号を処理し、発光量
が常時一定となるようにレンズ駆動機構１１を介して集
光レンズ３を駆動できる構成とした。
のである。上述の熱レンズ作用によって蒸発点２３での
レーザ光１のビーム径が大きく変化しビームのエネルギ
ー密度が低下する。被照射試料７からの蒸発速度は、エ
ネルギー密度と密接な関係があり、堆積速度に大きく影
響を及ぼす。第３図の直線Ｂは蒸発点２３でのエネルギ
ー密度と蒸発速度の関係を示したものである。また、本
発明者らはエネルギー密度と蒸発点２３での発光量の間
にも密接な関係があることを見出した。第３図の直線Ａ
はこの両者の関係を示す。そこで本発明実施例では、発
光モニタ９により蒸発点２３での発光量を常時モニタし
、信号処理回路１０によりモニタ信号を処理し、発光量
が常時一定となるようにレンズ駆動機構１１を介して集
光レンズ３を駆動できる構成とした。
第４図は、蒸発点２３におけるレーザ光１の強度分布を
示したもので、（ａ）は熱レンズが発生しない時の強度
分布、（ｂ）は熱レンズが発生した場合の強度分布、（
Ｃ）は熱レンズが発生した場合において、−レンズ駆動
により補正された後の強度分布を示している。第４図か
ら明らかなように、（ｂ）では熱レンズ作用のため強度
分布が大きく変化しているが、（Ｃ）では補正によりほ
ぼ熱レンズ作用がない状態の強度分布にまで復帰してい
ることがわかる。これらの結果は今回の実験において初
めて明確になったものである。この補正機構を用いるこ
とにより、蒸発点２３上でのエネルギー密度を一定に保
持できるため、安定した堆積速度を得ることができる。
示したもので、（ａ）は熱レンズが発生しない時の強度
分布、（ｂ）は熱レンズが発生した場合の強度分布、（
Ｃ）は熱レンズが発生した場合において、−レンズ駆動
により補正された後の強度分布を示している。第４図か
ら明らかなように、（ｂ）では熱レンズ作用のため強度
分布が大きく変化しているが、（Ｃ）では補正によりほ
ぼ熱レンズ作用がない状態の強度分布にまで復帰してい
ることがわかる。これらの結果は今回の実験において初
めて明確になったものである。この補正機構を用いるこ
とにより、蒸発点２３上でのエネルギー密度を一定に保
持できるため、安定した堆積速度を得ることができる。
なおＫＣｌの場合については、前述の如く凹レンズとな
るので、レンズの駆動方向はＺｎ５ｅの場合の逆とすれ
ばよい。
るので、レンズの駆動方向はＺｎ５ｅの場合の逆とすれ
ばよい。
また、上記実施例では、発光モニタ９により蒸発点での
蒸発量をモニタする構成について示したが、本発明では
蒸発速度をモニタするようにしてもよく、基板前面に膜
厚センサ３１を設置し、膜厚をモニタすることにより、
その勾配から蒸発速度を計測する手段を設けてもよい。
蒸発量をモニタする構成について示したが、本発明では
蒸発速度をモニタするようにしてもよく、基板前面に膜
厚センサ３１を設置し、膜厚をモニタすることにより、
その勾配から蒸発速度を計測する手段を設けてもよい。
第５図は膜厚センサを用いた場合の本発明の他の実施例
を示す。
を示す。
また、本発明では熱レンズ作用をモニタする手段として
透過窓４側面に温度センサ３２を設置し、その温度上昇
から熱レンズ作用を検出するようにしてもよい。第６図
は温度センサを用いた場合の本発明のさらに他の実施例
を示す。
透過窓４側面に温度センサ３２を設置し、その温度上昇
から熱レンズ作用を検出するようにしてもよい。第６図
は温度センサを用いた場合の本発明のさらに他の実施例
を示す。
さらに上記実施例では、レーザ光としてＣＯ□レーザを
用いた場合について説明したが、ＹＡＧレーザ、エキシ
マレーザ、色素レーザ、ガラスレーザ、等を用いた蒸着
装置であってもよく、上記実施例と同様の効果を奏する
。
用いた場合について説明したが、ＹＡＧレーザ、エキシ
マレーザ、色素レーザ、ガラスレーザ、等を用いた蒸着
装置であってもよく、上記実施例と同様の効果を奏する
。
以上のようにこの発明によれば、蒸発点での蒸発量また
は蒸発速度または透過窓等の温度をモニタする手段を設
け、これらの値が一定となるようにレンズ駆動機構を介
して集光レンズの位置を制御できるように構成したので
、熱レンズ作用の影響を補正して安定した堆積速度を得
ることができ、装置性能が高いものが得られる効果があ
る。
は蒸発速度または透過窓等の温度をモニタする手段を設
け、これらの値が一定となるようにレンズ駆動機構を介
して集光レンズの位置を制御できるように構成したので
、熱レンズ作用の影響を補正して安定した堆積速度を得
ることができ、装置性能が高いものが得られる効果があ
る。
第１図はこの発明の一実施例によるレーザ蒸着装置の構
成図、第２図は熱レンズ作用の概念図、第３図はエネル
ギー密度と蒸発速度、発光量の相関図、第４図は蒸発点
での強度分布の変化を示す図、第５図、第６図はそれぞ
れ本発明の他の実施例を示す構成図、第７図は従来のレ
ーザ蒸着装置の構成図である。 １・・・レーザ光、３・・・集光レンズ、３・・・透過
窓、４・・・真空チャンバ、７・・・被照射試料、８・
・・基板、９・・・発光モニタ、１０・・・信号処理回
路、１１・・レンズ駆動機構。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
成図、第２図は熱レンズ作用の概念図、第３図はエネル
ギー密度と蒸発速度、発光量の相関図、第４図は蒸発点
での強度分布の変化を示す図、第５図、第６図はそれぞ
れ本発明の他の実施例を示す構成図、第７図は従来のレ
ーザ蒸着装置の構成図である。 １・・・レーザ光、３・・・集光レンズ、３・・・透過
窓、４・・・真空チャンバ、７・・・被照射試料、８・
・・基板、９・・・発光モニタ、１０・・・信号処理回
路、１１・・レンズ駆動機構。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- （１）真空チャンバ内に配置された被照射試料にレーザ
発振器からのレーザ光をレンズおよび透過窓を介して集
光照射し、上記被照射試料からの蒸発物質を該被照射試
料に対向して配置された基板上に堆積し、薄膜を形成す
るレーザ蒸着装置において、 蒸発点での発光量または蒸発速度または装置の温度をモ
ニタする手段と、 該検出した蒸発点での発光量または蒸発速度または装置
の温度に応じて上記レンズを駆動し上記レーザビームの
焦点位置を補正、制御する手段を備えたことを特徴とす
るレーザ蒸着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12200489A JPH02301556A (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | レーザ蒸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12200489A JPH02301556A (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | レーザ蒸着装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02301556A true JPH02301556A (ja) | 1990-12-13 |
Family
ID=14825185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12200489A Pending JPH02301556A (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | レーザ蒸着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02301556A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5257136A (en) * | 1991-12-23 | 1993-10-26 | International Business Machines Corporation | Reverse telephoto agron objective lens |
-
1989
- 1989-05-15 JP JP12200489A patent/JPH02301556A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5257136A (en) * | 1991-12-23 | 1993-10-26 | International Business Machines Corporation | Reverse telephoto agron objective lens |
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